Тема 7. Измерение частоты и интервалов времени.

Измерение частоты и интервалов времени, а также хранение и воспроизведение их единиц лежат в основе многочисленных измерительных задач, решаемых в современных телекоммуникационных системах и устройствах радиотехники. Техническая аппаратура для частотно-временных измерений образует единый комплекс приборов и средств, обеспечивающий возможность проведения измерений с непосредственной их привязкой к Государственному эталону частоты и времени. Последнее предопределяет принципиально высокую точность измерений.

К основным параметрам любого гармонического или периодического процесса относятся частота f или период Т. В практической радиотехнике больше используется частота.

Частотой колебаний называют число идентичных событий, происходящих за единицу времени. Для периодических, но не гармонических колебаний строго справедливо лишь понятие периода. Однако и в этом случае часто говорят о частоте, понимая под этим величину, обратную периоду колебания.

Поскольку измерение частоты по самому ее определению занимает определенный интервал времени, то результатом измерения является усредненное на интервале измерения Т _изм значение частоты и, следовательно, можно ожидать, что погрешность измерения частоты будет зависеть от времени усреднения. В настоящем разделе при описании методов измерения частоты имеется в виду ее среднее значение за время измерения.

Используются также понятия долговременной и кратковременной нестабильности частоты, связанные соответственно с постоянными уходами частоты от номинального значения за длительный и короткий интервалы времени и с ее флуктуационными изменениями. Граница между этими нестабильностями условна и задается путем указания времени измерени

При резонансном методе измерения частоты используется явление резонанса в колебательном контуре. Поэтому принцип действия резонансного частотомера основан на сравнении измеряемой част с собственной резонансной частотой градуированного колебательного контура или резонатора. Измерительные приборы, работающие на основе этого метода, называются резонансными частотомерами.

Измерение частоты цифровым (дискретного счета) методом реализовано в цифровых частотомерах. Принцип действия цифрового частотомера основан на измерении частоты в соответствии с ее определением, т.е. на счете числа импульсов за интервал времени. Эти приборы удобны в эксплуатации, имеют широкий диапазон измеряв частот (от нескольких герц до сотен мегагерц) и позволяют по. результатам измерения с высокой точностью (относительная погрешность измерения частоты составляет 10^-6 – 10^-9).

Поскольку цифровые частотомеры являются многофункциональными измерительными приборами, то в зависимости от режима их работы можно проводить измерение не только частоты и отношения двух частот, но и интервалов времени (периода следования периодических сигналов и интервала, заданного временным положением дм импульсов).

Решение многих телекоммуникационных задач связано с измерением интервалов времени. Обычно приходится измерять как очень малые (единицы пикосекунд), так и очень большие (сотни секунд) интервалы времени. Интервалы времени могут быть не только повторяющимися, но и однократными. Различают два основных способа измерения интервалов времени: осциллографический и цифровой.

Измерение интервалов времени с помощью осциллографа проводится по осциллограмме исследуемого напряжения с использованием «линейной» развертки. Из-за нелинейности развертки, а также больших погрешностей отсчета начала и конца интервала общая погрешность измерения составляет единицы процентов. В последние гол интервалы времени в основном измеряются цифровыми методами.

Литература: [2], с. 222-231; [3], с. 194-210; [8], с. 163-166, 232-237.